JP3051135B2 - 物質の溶融方法及びその実施装置 - Google Patents

物質の溶融方法及びその実施装置

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JP3051135B2 JP2041379A JP4137990A JP3051135B2 JP 3051135 B2 JP3051135 B2 JP 3051135B2 JP 2041379 A JP2041379 A JP 2041379A JP 4137990 A JP4137990 A JP 4137990A JP 3051135 B2 JP3051135 B2 JP 3051135B2
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    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は無機物質の繊維、並びに有機物質及び存在す
るならば水を含有する物質の炉中での溶融方法に関す
る。
本発明による方法は特に無機繊維、特にガラス繊維の
製造からの廃棄物、すなわち無機繊維、有機物質及び水
分の割合が大きく変化できる、ガラス繊維製造からの廃
棄物の溶融に特に適する。
［従来の技術］ 無機繊維製造からのこの種の廃棄物を処理する１つの
方法はそのような廃棄物をごみ捨て場に投棄することで
ある。この方法は幾つかの明白な理由から満足な方法で
はなく、特に廃棄物中の有機物質が環境上の問題を引き
起こすことができる遊離のフェノール、ホルマリン、油
などを含んでいると特にそうである。
溶融はこの種の繊維廃棄物を処理する他の方法である
が、しかし、この方法も多様な種々の仕方で試験された
けれども満足な結果を与えなかつた。このような溶融法
は実際に実施すると想像していたより遥かに困難であ
る。すなわち、外部エネルギーを供給することにより上
記廃棄物を溶融しようとすると、かなり硬い溶融物が形
成され、この溶融物は廃棄物中の有機物質への空気の供
給を多かれ少なかれ遮断する。その上、この溶融物は生
練り粉のような稠度をもつから、特にそれが廃棄物焼却
炉の内面に粘着したりすると処理が困難である。また、
大気中に消え失せて行く廃棄物の廃煙はしばしば未燃焼
ガスを含んでいるから、このことは大気汚染を生ずる。
しかし、この問題は、廃棄物を慣用の炉中で非常に高温
にさらしたとしても廃棄物が低熱伝導性であるために廃
棄物中に熱が浸透するのに時間がかかり、このような実
施方法の効率は非常に低いから、経済的な仕方で解決す
ることはできない。
これらの状況下で、上記廃棄物をガラス製造炉中での
原料として再利用する実験が行われたが、この試みは、
廃棄物が非常に少量の有機物質を含んでいるに過ぎず、
且つ繊維質廃棄物の非常に完全に分解された場合（これ
は廃棄物再利用プロセスのコストをかなり上昇させる）
にのみ可能であることが判明した。
特殊な溶融炉中で該炉中にある溶融物の表面上に廃棄
物が供給されるように手配され、且つ廃棄物溶融熱が炉
に配置された多数のバーナによる廃棄物の燃焼熱により
供給され、また溶融物中に埋設された電流流通電極或は
炉の底部に配設された電気抵抗要素への電流流通により
廃棄物溶融熱が補給されたならば、溶融方法を改善でき
る。しかし、通常、外界からの熱により廃棄物を溶融す
る方法はエネルギー消費量が大きい。その上、未燃焼ガ
スを含まない廃棄物燃焼廃ガスを得ることは困難である
から、大気汚染の問題は少なくとも一部は残ることにな
る。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は上述の欠点を回避することにより溶融
操作を改善するにある。
本発明によれば、この目的は添付特許請求の範囲の記
載における特徴付けられる操作により達成される。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、物質、特に無機繊維、有機物質及び存在す
るならば水からなる廃棄物を炉の中で溶融する方法であ
つて、純酸素または酸素含量が少なくとも約40体積％の
酸素富化空気を炉に供給して繊維物質中の有機物質を燃
焼させ、且つ前記繊維物質を溶融させる熱の少なくとも
大部分を発生させることを特徴とする方法に関する。
［作用］ 本発明の主要な新規性は有機物質が燃焼した時に該繊
維質物質自体の中で発生した熱により繊維物質が溶融
し、それによつて一般的には余分のエネルギー補給の必
要性が完全に廃止できる点にある。更に正確には、本発
明は無機繊維、並びに有機物質及び場合により水をも含
む物質を炉中で溶融する方法に関する。この方法の特徴
は純酸素を炉へ供給すること、或は酸素含量が好適には
少なくとも40体積％である酸素富化空気を必要な程度に
炉へ供給するにある。この方法は有機物質の非常に迅速
で効果的な燃焼を確保し同時に清浄な（クリーンな）燃
焼廃煙を保証することが明らかになつた。
本発明による溶融方法は換言すれば非常に効率的であ
り、外部エネルギーの必要性を激減させる。例えば、24
時間当たり1m2当たり6.0トンの廃棄物溶融能力を持つ外
部加熱供給炉の場合の代表的良好な熱消費量値は廃棄物
1kg当たり600キロカロリーである。本発明の溶融方法に
よれば、少なくとも同程度の高溶融能力により溶融方法
を実施できるが、しかし完全に外部エネルギーの消費無
しに実施できる。
本発明方法の好適な実施態様によれば、酸素または酸
素富化空気は溶融物と溶融物の表面上にある繊維物質と
の間の境界層近くに、特に該境界層の直ぐ近くに導入さ
れる。酸素または酸素富化空気は例えば炉の底部で溶融
廃棄物の下方から供給される。
本発明方法は多量の溶融物を炉中に存在させることを
必要としないことを指摘すべきである。溶融物は、例え
ば、炉底部の薄い層からなることができ、廃棄物の溶融
過程が遂行されるにつれてこの薄い層から溶融物の流出
が連続的に行われる。
従って、本発明による方法は純酸素を使用して実施し
て優れた結果を得ることができる。しかしながら、この
純酸素を使用する改変態様は必ずしも必要ではなく、酸
素の約40体積％の下限においてさえも良好な結果が達成
されている。本発明の更に好適な実施態様は少なくとも
約50体積％の酸素含有酸素富化空気、好適には少なくと
約60体積％の酸素含有酸素富化空気を使用するにある。
ある種の用途には約75体積％の酸素含量下限が特に好ま
しい下限であることができる。
本発明方法により溶融できる物質の種類は上記記載に
より説明した。しかし、この物質は下記による、よく知
られた「断熱温度」により定義される：有機物質（通
常、結合剤）の酸素雰囲気中での燃焼は極めて迅速に生
起し同時に多量の熱を放出する。この熱は全成分、すな
わち繊維、水及び廃ガスの加熱に使用される。この熱の
全ての熱損失が防止された時に得られる温度Tx（いわゆ
る断熱温度）は下記の式により計算できる： 無機繊維物質廃棄物の溶融に関連して、パラメーター
Ｘ、ｙ、Ｚ及びＴLは、もし断熱温度が充分に高いなら
ば、溶融物に不利な効果を及ぼすことなく大きく変化し
得ることが実証された。すなわち、約850℃を超える断
熱温度の場合廃棄物は核廃棄物中の結合剤含量、供給さ
れる酸素富化空気の酸素含量、酸素富化空気の温度及び
廃棄物中の水含量などの問題とするパラメーターを大き
く変化させても良好な結果をもつて廃棄物の溶融を行う
ことができることが判明した。断熱温度が1200℃を超え
る廃棄物の溶融は、炉から溶融物を流出させるのに何の
問題もなく、炉中で行われるから、1200℃が断熱温度の
特に興味ある下限値である。上述の断熱温度の下限では
生成した溶融物は非常に高温であるから、炉か充分に断
熱されていれば、溶融物はそれ自体で溶融炉から流出す
る。
廃棄物の断熱温度が1200℃以下の場合には、主として
炉底を高温に保つて炉外への溶融物の流出を容易にする
ために、炉に熱を補給することが有利であることが判明
した。ここに問題とする余分の熱の補給は既知の方法に
より行われる。
なおまた、有機物質の燃焼は極めて効率的であるこ
と、及び酸素富化量を高めれば炉から放出される燃焼ガ
スの量が相対的に少ないことを示すことを強調すべきで
ある。燃焼ガス量の減少は、本発明方法から偶発的に環
境的に有害な物質が放出されたとしても、その処理が簡
単で経済的であることを意味する。
最後に、上述の原理に基づいて建設された試験プラン
トは、約６％の有機結合剤を含むガラス繊維廃棄物を溶
融する場合に下記の操作パラメーターを示した： 溶融能力：最大6.0トン/m2/24時間 燃焼ガス量:150Nm3／廃棄物トン 溶融のためのエネルギー消費量:0 炉底を高温に維持するための エネルギー消費量:80キロカロリー／廃棄物kg（0.33M
J/kg） 本発明の幾つかの実施態様を、添付図面を参照して示
例として説明する。
異なる図面に示した種々の変形炉の幾つかの細部は各
異なる図面について共通であるので、同一或は同様な細
部については同一の参照符号を使用した。このことは、
各図面の符号が、別の細部が存在する場合以外は、それ
ぞれの図面について特に区別されることなく共通して記
載されていることを意味する。更に、それぞれの炉の構
造及び機能は、本発明により規定される新規な特徴以外
は、従来知られた技術と同じであるから、それらについ
ての説明は余り広範囲である必要はない。従って、各種
の炉の構造及び機能はその特徴を説明するものである。
従って、第１図〜第６図では廃棄物１を高温炉に装入
する。この炉は溶融部２と放出部３とからなり、溶融部
２は壁４と底部５及び天井６により区画されている。
廃棄物に含まれる有機物質は熱により着火し、有機物
質の燃焼は酸素富化空気による作用下に維持され、酸素
富化空気は炉底部５の特殊な耐火レンガ15に囲繞された
多数のノズル／弁９により廃棄物の下方から廃棄物に供
給される。廃棄物は上記有機物の燃焼により生じた熱に
より溶融し、炉の底部５に向けて流下し、側面放出口７
を通つて放出部中に流入した後、溶融物は底部排出口10
を通つて放出部を離去する。有機物燃焼からの廃ガスは
排出口11及び煙突８を通つて炉を離去する。煙突８は溶
融部と放出部とに共通である。
溶融物の炉からの流出を容易にするために、必要に応
じて、流出する溶融物の温度を維持するバーナー12を放
出部に設置する。
溶融は壁４に設置されたのぞき窓16から観察できる。
異なる図面間の相違については以下に述べる： 第１図の実施態様では底部５の上部は溶融物に対して
特に耐性のある材料で造られた特殊な底部インサート
（防護被覆）17からなる。底部インサート17の表面は放
出口７の下部平面と同じ平面上にあつて、且つノズル９
の末端部と同じ平面上にある。このことは底部５には溶
融物の薄い層19だけしか存在しないことを意味する。
第２図及び第３図の実施態様では、ノズル９及びノズ
ルを囲繞するレンガ15は共に底部５の上表面から垂直に
上方に突出しているが、ノズル出口は側壁の放出口７の
下部と同じ平面上にあるから、溶融物13は溶融部の下部
に放出口７の高さまでの厚さに形成され、電極14がこの
溶融物中に配置されて電流を通すことにより溶融温度を
維持し溶融物の流出を容易にするための余分の熱を供給
する。
第４図の実施態様は第１図の実施態様に相当するが、
電気抵抗要素18が底部インサート17中に配置されて溶融
熱量を維持し、溶融物の炉からの排出を容易にしている
点で異なる。
第５図の実施態様については、バーナー20が炉の底部
近くに設置され、炉の底部は燃焼区域と、この燃焼区域
に接続した燃焼ガス通過用導通路22とを備えて炉の耐火
底部に熱を供給して該底部を高温に維持される。燃焼ガ
スはまた溶融物用の底部排出口10を通過し、それにより
溶融物の流出の確保に更に寄与しながら、煙突８から外
部に放出される。
最後に、第６図の実施態様については、この第６図の
場合には球形の形状をもつ耐火レンガからなる数層の耐
火レンガ床23が炉の溶融部２の底部５に備えられ、更
に、必要に応じ、前記耐火レンガ床を加熱するためのバ
ーナー24が炉の一方の側壁の下部に設置される。これま
で示した実施態様とは異なつて、耐火レンガ床23中に酸
素または酸素富化空気を供給する弁９或は複数の弁９
は、炉の下方の底部から直接酸素または酸素富化空気を
供給するように配置されているのではなく、バーナー24
に接続して、側壁を経て酸素または酸素富化空気を供給
するように配置される。耐火レンガ床23は放出口７を覆
う高さ（厚さ）を備え、該レンガ床より低い廃棄物全体
に酸素または酸素富化空気を配分するのに寄与する。
［発明の効果］ 本発明による方法は及び装置は無機繊維、特にガラス
繊維、有機物質及び存在するならば水からなる廃棄物を
溶融するのに主として有機物質が燃焼した時に該有機物
質自体の中で発生する熱により繊維物質を溶融するか
ら、必要なエネルギー量が少なく、高効率で廃棄物を燃
焼でき、燃焼ガスが少なく、排煙がクリーンで公害問題
を起こさない利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による炉の縦断面図； 第２図は本発明の原理により運転され、且つ溶融物中を
通る電流により溶融物底部層に外部熱を供給する炉の縦
断面図； 第３図は第２図の線Ｂ−Ｂに沿う平面図； 第４図は本発明の原理により運転され且つ炉の底部に設
置された電気抵抗要素を通る電流により外部熱を溶融物
底部層に供給する他の本発明実施態様炉の縦断面図； 第５図はバーナーにより発生し炉の底部内を通過する高
温ガスにより外部熱を炉底部層に供給する他の本発明実
施態様炉の縦断面図；及び 第６図は溶融廃棄物が耐熱レンガ床上に存在し、該耐熱
レンガは酸素または酸素富化空気が入り、該廃棄物を通
過し溶融ガラスが底部排出口に向けて流出できる形状を
もつ更に他の本発明実施態様炉の縦断面図である。 図中:1……廃棄物;2……溶融部;3……放出部;4……炉
壁;5……（炉）底部;6……（炉）天井;7……（側面）放
出口;8……煙突;9……ノズル弁;11……廃ガス排出口;12
……バーナー;13……溶融物;14……電極;15……耐火性
レンガ;16……のぞき窓;17……底部インサート;18……
電気抵抗要素;20……バーナー。

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】物質、特に無機繊維、有機物質及び存在す
    るならば水からなる廃棄物を炉の中で溶融する方法であ
    つて、純酸素または酸素含量が少なくとも約40体積％の
    酸素富化空気を炉に供給して繊維物質中の有機物質を燃
    焼させ、且つ前記繊維物質を溶融させる熱の少なくとも
    大部分を発生させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】酸素または酸素富化空気を溶融物と該溶融
    物の表面上の繊維物質との境界層に近接して、好ましく
    は非常に近接して供給することからなる、請求項１記載
    の方法。
  3. 【請求項３】酸素または酸素富化空気を炉の底部で溶融
    廃棄物の下方から供給することからなる、請求項１また
    は２記載の方法。
  4. 【請求項４】酸素含量が少なくとも50体積％、好ましく
    は少なくとも60体積％、例えば少なくとも75体積％であ
    る酸素富化空気を炉に供給することからなる、請求項１
    〜３のいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】溶融方法を断熱温度が約850℃を超える、
    好ましくは約1200℃を超える繊維物質を用いて実施する
    請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】溶融方法を無機繊維製造からの廃棄物、好
    ましくはガラス繊維製造からの廃棄物を使用して実施す
    る請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の溶融方法
    を実施する装置であつて、該装置が、 被処理物を溶融する溶融部（２）； 該溶融部（２）から壁により区画された、溶融物放出用
    及び被処理廃棄物の燃焼により生ずる燃焼廃ガス放出用
    の放出部（３）； 前記壁の下部に穿孔された溶融物放出用の放出口
    （７）； 放出口（７）から流出する溶融物排出用の、放出部
    （３）底部に設けられた、底部排出口（10）；及び 煙突（８）への燃焼廃ガス放出用の前記壁の上部に設け
    られた燃焼ガス排出口（11）を備えてなり、該装置は更
    に 溶融部（２）に含まれる溶融物と残りの被処理廃棄物と
    の境界層にガスを注入するガス注入手段を備えることを
    特徴とする装置。
  8. 【請求項８】ガス注入手段が溶融部（２）の底部（５）
    に耐火レンガ（15）により囲繞されて設置されたノズル
    ９からなり、それらノズル（９）の上端部が放出部
    （３）へ流出する溶融物の放出口（７）の下部と同じ平
    面上で溶融物と被処理廃棄物との境界層に近接して配置
    されてなる、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】溶融部（２）の底部（５）が溶融物に耐性
    である材料で造られた底部インサート（17）を備え、該
    インサートの表面が放出部（３）へ流出する溶融物の放
    出口（７）の下部に相当する位置にあり、ノズル（９）
    の上端部が溶融部（２）の底部インサート（17）の表面
    と同じ平面上にあつて底部インサート（17）上に溶融物
    （19）の薄層の形成を可能にしてなる、請求項８記載の
    装置。
  10. 【請求項１０】底部インサート（17）が、溶融物を溶融
    温度に維持して放出口（７）から放出部（３）への溶融
    物の流出及び底部排出口（10）からの溶融物の排出を容
    易にする、電気抵抗要素（18）を備えてなる、請求項９
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】耐火レンガ（15）に囲繞されたノズル
    （９）が溶融部（２）の底部（５）の表面より上に突出
    して設置され、更に溶融物（13）をその溶融温度に維持
    して溶融物が放出口（７）を通つて底部排出口（10）を
    経て装置から排出するのを容易にする溶融物加熱用電極
    （14）を溶融物（13）中に備えてなる、請求項８記載の
    装置。
  12. 【請求項１２】溶融部（２）の底部（５）がバーナー
    （20）を備えたガス燃焼区域と、該ガス燃焼区域に接続
    した溶融部（２）の下部を加熱する燃焼ガスの通過用導
    通路とを備え、該導通路が溶融物排出用の底部排出口
    （10）を介して放出部（３）及び煙突（８）に連通して
    なる、請求項８記載の装置。
  13. 【請求項１３】溶融部（２）の底部（５）が該底部
    （５）を覆う耐火レンガ床（23）を備え、該耐火レンガ
    床（23）の厚さは放出口（７）の開口より高い厚さをも
    ち、ガス注入手段が溶融部（２）の側壁下部に位置して
    耐火レンガ床（23）中に開口する耐火レンガにより保持
    されたノズル（９）からなる、請求項７記載の装置。
  14. 【請求項１４】装置が溶融部（２）の側壁下部に、ノズ
    ル（９）と同じ高さに、耐火レンガ床（23）加熱用バー
    ナー（24）を備えてなる、請求項13記載の装置。
  15. 【請求項１５】装置が燃焼ガスと溶融物とを放出する放
    出部（３）の下部に配置された、溶融物を溶融温度に維
    持して溶融物を放出し易くするバーナー（12）を更に備
    えてなる、請求項７〜14のいずれか１項記載の装置。
JP2041379A 1989-02-23 1990-02-23 物質の溶融方法及びその実施装置 Expired - Lifetime JP3051135B2 (ja)

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